How we can make crops survive without water | Jill Farrant

Traducteur: Ikram MEZGHICHE Relecteur: Juliet Vdt

I believe that the secret to producing extremely drought-tolerant crops,

Je crois que le secret pour cultiver des plantes résistantes à la sécheresse

qui assurera la sécurité alimentaire dans le monde

which should go some way to providing food security in the world,

lies in resurrection plants,

est dans les plantes de résurrection,

pictured here, in an extremely droughted state.

extrêmement desséchées sur la photo.

You might think that these plants look dead,

Vous devez penser que ces plantes sont mortes

mais elles ne le sont pas.

but they're not.

Give them water,

Donnez-leur de l'eau

and they will resurrect, green up, start growing, in 12 to 48 hours.

et elles ressusciteront, verdiront, grandiront en 12 à 48 heures.

Alors, pourquoi je prétends que les plantes résistantes à la sécheresse

Now, why would I suggest

that producing drought-tolerant crops will go towards providing food security?

nous aideront à atteindre la sécurité alimentaire ?

Well, the current world population is around 7 billion.

La population mondiale actuelle est d'environ 7 milliards.

And it's estimated that by 2050,

On estime qu'en 2050,

we'll be between 9 and 10 billion people,

nous serons entre 9 et 10 milliards,

with the bulk of this growth happening in Africa.

la plus forte croissance étant en Afrique.

The food and agricultural organizations of the world

Les organisations alimentaires et agricoles

have suggested that we need a 70 percent increase

ont suggéré qu'on devrait augmenter de 70%

in current agricultural practice

les pratiques agricoles actuelles

to meet that demand.

afin de répondre à ces besoins.

Given that plants are at the base of the food chain,

Vu qu'une plante est en bas de la chaîne alimentaire,

most of that's going to have to come from plants.

la plus grosse part devra être fournie par des plantes.

That percentage of 70 percent

Ce pourcentage de 70%

does not take into consideration the potential effects of climate change.

ne prend pas en considération les effets du changement climatique.

This is taken from a study by Dai published in 2011,

Ceci est tiré d'une étude faite par Dai, publiée en 2011 :

where he took into consideration

il a pris en considération

all the potential effects of climate change

tous les effets potentiels du changement climatique

and expressed them -- amongst other things --

et les a exprimés parmi d'autres effets

increased aridity due to lack of rain or infrequent rain.

qui favorisaient l'aridité, suite à l'absence ou la diminution des pluies.

The areas in red shown here,

Les zones en rouge ici,

are areas that until recently

sont celles qui, jusqu'à récemment,

have been very successfully used for agriculture,

ont été utilisées avec succès pour l'agriculture

but cannot anymore because of lack of rainfall.

mais ne le sont plus à cause du manque de pluie.

This is the situation that's predicted to happen in 2050.

Ceci est la situation qu'on prévoit pour l'an 2050.

Much of Africa, in fact, much of the world,

L'Afrique surtout, mais le monde entier,

is going to be in trouble.

sera en danger.

We're going to have to think of some very smart ways of producing food.

Nous devrons penser à de nouveaux moyens pour produire notre nourriture.

And preferably among them, some drought-tolerant crops.

Et de préférence, entre autres, aux plantes résistantes à la sécheresse.

The other thing to remember about Africa is

L'autre chose à rappeler à propos de l’Afrique

that most of their agriculture is rainfed.

est que son agriculture est majoritairement pluviale.

Obtenir des plantes résistantes à la sécheresse n'est pas facile.

Now, making drought-tolerant crops is not the easiest thing in the world.

And the reason for this is water.

C'est à cause de l'eau.

Water is essential to life on this planet.

L'eau est essentielle à la vie sur cette planète.

All living, actively metabolizing organisms,

Tout être vivant, tout organisme actif,

from microbes to you and I,

des microbes à vous et moi

are comprised predominately of water.

est constitué majoritairement d'eau ;

All life reactions happen in water.

toutes les réactions vivantes ont lieu dans l'eau ;

And loss of a small amount of water results in death.

et la perte d'une petite quantité d'eau est létale.

You and I are 65 percent water --

Nous sommes composés à 65% d'eau,

we lose one percent of that, we die.

si nous en perdons 1%, nous mourons.

But we can make behavioral changes to avoid that.

Mais nous pouvons changer de comportement pour éviter cela,

Plants can't.

les plantes ne le peuvent pas.

They're stuck in the ground.

Elles sont fixées au sol.

Déjà, elles ont besoin d'un peu plus d'eau que nous,

And so in the first instance they have a little bit more water than us,

environ 95 % d'eau,

about 95 percent water,

and they can lose a little bit more than us,

et elles peuvent en perdre un peu plus que nous,

like 10 to about 70 percent, depending on the species,

de 10 à 70 % en fonctions des espèces.

Mais pour une courte durée seulement.

but for short periods only.

Most of them will either try to resist or avoid water loss.

La plupart d'entre elles vont essayer de résister ou d'éviter la perte d'eau.

So extreme examples of resistors can be found in succulents.

Les plantes succulentes, ou grasses, sont un exemple extrême de résistance :

They tend to be small, very attractive,

elles ont tendance à être petites, très attirantes,

but they hold onto their water at such great cost

mais elles tiennent tellement à leur eau

that they grow extremely slowly.

que leur croissance en est extrêmement ralentie.

Examples of avoidance of water loss are found in trees and shrubs.

Les arbres et arbustes sont un bon exemple d'évitement de la perte d'eau,

ils enfoncent leurs racines très profondément

They send down very deep roots,

mine subterranean water supplies

jusqu'aux réserves souterraines d'eau

and just keep flushing it through them at all times,

et ils y restent connectés en permanence

keeping themselves hydrated.

afin de rester hydratés.

The one on the right is called a baobab.

Celui à droite est appelé un baobab,

It's also called the upside-down tree,

aussi appelé « arbre à l'envers »

simply because the proportion of roots to shoots is so great

parce que l'écart entre le nombre de branches et de racines et si grand

that it looks like the tree has been planted upside down.

qu'on dirait qu'il est planté à l'envers.

And of course the roots are required for hydration of that plant.

Bien sûr, les racines sont indispensables à son hydratation.

And probably the most common strategy of avoidance is found in annuals.

Enfin, la stratégie la plus commune d’évitement est celle des plantes vivaces.

Annuals make up the bulk of our plant food supplies.

Les plantes vivaces représentent l'essentiel des ressources alimentaires.

Up the west coast of my country,

Sur la côte ouest de mon pays,

for much of the year you don't see much vegetation growth.

durant l'année, il y a peu de croissance végétale

But come the spring rains, you get this:

mais dés qu'il y a les pluies de printemps, on a ceci :

la floraison du désert.

flowering of the desert.

La stratégie des plantes vivaces

The strategy in annuals,

is to grow only in the rainy season.

est de ne croître que pendant la saison de pluie.

At the end of that season they produce a seed,

A la fin de la saison, elles produisent des graines

which is dry, eight to 10 percent water,

qui sont sèches, entre 8 à 10 % d'eau

mais tout à fait vivantes.

but very much alive.

And anything that is that dry and still alive,

Et tout ce qui est aussi sec mais est quand même vivant

we call desiccation-tolerant.

est appelé tolérant au dessèchement.

In the desiccated state,

Dans cet état desséché,

what seeds can do is lie in extremes of environment

les graines peuvent persister dans des environnements extrêmes

for prolonged periods of time.

pendant de longues périodes.

The next time the rainy season comes,

Quand la saison des pluies démarre,

they germinate and grow,

les graines germent et croissent

and the whole cycle just starts again.

et le cycle recommence encore et encore.

It's widely believed that the evolution of desiccation-tolerant seeds

On considère généralement que l’évolution des graines résistantes à la sécheresse

allowed the colonization and the radiation

a permis la colonisation et le développement des plantes à fleurs

of flowering plants, or angiosperms, onto land.

ou angiospermes, dans les terres.

But back to annuals as our major form of food supplies.

Revenons aux plantes vivaces qui sont notre principale source de nourriture.

Wheat, rice and maize form 95 percent of our plant food supplies.

Blé, riz et maïs constituent 95% de notre alimentation en végétaux.

And it's been a great strategy

Et c'est une bonne stratégie

because in a short space of time you can produce a lot of seed.

qui permet d'avoir beaucoup de graines en peu de temps,

Seeds are energy-rich so there's a lot of food calories,

les graines sont riches en énergie et donc en calories,

you can store it in times of plenty for times of famine,

on peut les stocker en périodes d'abondance pour celles de famine

but there's a downside.

mais il y a un inconvénient :

The vegetative tissues,

les tissus végétaux, les racines et les feuilles des plantes vivaces,

the roots and leaves of annuals,

do not have much

ont peu de caractéristique de tolérance, évitement ou résistance à la sécheresse,

by way of inherent resistance, avoidance or tolerance characteristics.

They just don't need them.

ils n'en ont pas besoin.

They grow in the rainy season

Ils poussent en saison pluvieuse et ils ont les graines

and they've got a seed to help them survive the rest of the year.

qui les aident à survivre le reste de l'année.

And so despite concerted efforts in agriculture

En dépit de tous les efforts en agriculture,

to make crops with improved properties

pour obtenir des plantes aux propriétés améliorées

en résistance, évitement et tolérance,

of resistance, avoidance and tolerance --

particularly resistance and avoidance

surtout en résistance et évitement

because we've had good models to understand how those work --

car on a de bons exemples pour comprendre ces mécanismes,

we still get images like this.

on a encore de telles photos :

Maize crop in Africa,

une culture de maïs en Afrique.

two weeks without rain

Deux semaines sans pluie

and it's dead.

et tout est mort.

There is a solution:

Il y a une solution :

resurrection plants.

les plantes de résurrection.

These plants can lose 95 percent of their cellular water,

Ces plantes peuvent perdre 95% de leur eau cellulaire,

remain in a dry, dead-like state for months to years,

persister dans un état sec pendant des mois, voire des années,

and give them water,

mais donnez-leur de l'eau

they green up and start growing again.

et elles vont verdir et reprennent leur croissance.

Like seeds, these are desiccation-tolerant.

Comme les graines, elles tolèrent la sécheresse ;

Like seeds, these can withstand extremes of environmental conditions.

comme les graines, elles résistent aux conditions extrêmes.

And this is a really rare phenomenon.

Et c'est un phénomène très rare,

There are only 135 flowering plant species that can do this.

il n'y a que 135 espèces de plantes qui peuvent vivre ainsi.

I'm going to show you a video

Je vais vous montrer une vidéo

of the resurrection process of these three species

du processus de résurrection de ces trois espèces, dans cet ordre.

in that order.

And at the bottom,

En bas, il y a un axe temporel pour voir comme c'est rapide.

there's a time axis so you can see how quickly it happens.

(Applause)

(Applaudissements)

Pretty amazing, huh?

Impressionnant, hein ?

So I've spent the last 21 years trying to understand how they do this.

J'ai passé 21 ans à chercher à comprendre comment elles font.

How do these plants dry without dying?

Comment ces plantes sèchent sans mourir ?

And I work on a variety of different resurrection plants,

J'étudie une variété de plantes de résurrection,

shown here in the hydrated and dry states,

montrées ici en états hydraté et desséché,

for a number of reasons.

pour de nombreuses raisons.

One of them is that each of these plants serves as a model

L'une d'elles est que chaque plante sert de modèle à une culture

for a crop that I'd like to make drought-tolerant.

que je veux rendre tolérante à la sécheresse.

En haut à gauche par exemple, c'est une herbe,

So on the extreme top left, for example, is a grass,

nommée Eragrostis nindensis,

it's called Eragrostis nindensis,

it's got a close relative called Eragrostis tef --

qui a un cousin proche nommé Eragrostis tef,

a lot of you might know it as "teff" --

souvent connu sou le nom « tef ».

it's a staple food in Ethiopia,

C'est un aliment de base en Éthiopie,

it's gluten-free,

sans gluten,

and it's something we would like to make drought-tolerant.

et on aimerait le rendre tolérant à la sécheresse.

The other reason for looking at a number of plants,

L'autre raison pour mes nombreuses recherches :

au départ, je voulais découvrir

is that, at least initially,

I wanted to find out: do they do the same thing?

si elles faisaient la même chose.

Do they all use the same mechanisms

Utilisent-elles toutes le même mécanisme pour perdre toute cette eau sans mourir ?

to be able to lose all that water and not die?

So I undertook what we call a systems biology approach

Alors j'ai opté pour une approche des sytèmes biologiques

in order to get a comprehensive understanding

afin de comprendre la tolérance au dessèchement,

of desiccation tolerance,

une approche où on regarde l'ensemble :

in which we look at everything

from the molecular to the whole plant, ecophysiological level.

des molécules à la plante entière, au niveau écophysiologique.

For example we look at things like

Par exemple, on observe

les changements anatomiques lors du dessèchement

changes in the plant anatomy as they dried out

and their ultrastructure.

et leur ultrastructure.

We look at the transcriptome, which is just a term for a technology

Nous observons le transcriptome,

c'est le nom d'une technologie qui permet d'étudier

in which we look at the genes

les gènes activés ou désactivés en réponse au dessèchement.

that are switched on or off, in response to drying.

Most genes will code for proteins, so we look at the proteome.

Les gènes codent des protéines donc on observe le protéome.

What are the proteins made in response to drying?

Quelles sont les protéines synthétisées en réponse au dessèchement ?

Some proteins would code for enzymes which make metabolites,

Certaines protéines codent des enzymes qui donnent des métabolites

so we look at the metabolome.

donc on observe le métabolome.

Now, this is important because plants are stuck in the ground.

C'est important car les plantes sont fixées au sol,

They use what I call a highly tuned chemical arsenal

elles utilisent ce que j'appelle un arsenal chimique perfectionné

to protect themselves from all the stresses of their environment.

pour se protéger contre les attaques environnementales.

So it's important that we look

Donc il est important d'observer

at the chemical changes involved in drying.

les changements chimiques impliqués lors du dessèchement.

And at the last study that we do at the molecular level,

Lors de la dernière étude au niveau moléculaire, on observe le lipidome,

we look at the lipidome --

les lipides qui varient lors de l'assèchement.

the lipid changes in response to drying.

And that's also important

C'est aussi important

because all biological membranes are made of lipids.

car toutes les membranes biologiques sont faites de lipides,

They're held as membranes because they're in water.

elles tiennent leur rôle car elles sont dans l'eau.

Take away the water, those membranes fall apart.

Retirez l'eau et la membrane s'écroule.

Lipids also act as signals to turn on genes.

Les lipides jouent aussi le rôles de signaux d'activation des gènes

Then we use physiological and biochemical studies

alors on utilise des études physiologiques et biochimiques

to try and understand the function of the putative protectants

afin de comprendre le rôle des protecteurs putatifs

that we've actually discovered in our other studies.

qu'on a découverts dans nos autres études.

On utilise tout ceci pour comprendre

And then use all of that to try and understand

how the plant copes with its natural environment.

comment la plante réagit à son environnement naturel.

I've always had the philosophy that I needed a comprehensive understanding

J'ai toujours pensé que je devais comprendre

of the mechanisms of desiccation tolerance

le mécanisme de la tolérance au dessèchement

afin de suggérer une application biotique sensée.

in order to make a meaningful suggestion for a biotic application.

Je pari que certains se demandent : « par application biotique,

I'm sure some of you are thinking,

"By biotic application,

does she mean she's going to make genetically modified crops?"

veut-elle dire fabriquer des organismes génétiquement modifiés ? »

And the answer to that question is:

et la réponse à cette question est :

depends on your definition of genetic modification.

ça dépend de votre définition de modification génétique.

All of the crops that we eat today, wheat, rice and maize,

Les plantes que nous mangeons aujourd'hui : blé, riz et maïs,

are highly genetically modified from their ancestors,

sont hautement modifiées, comparées à leurs ancêtres

but we don't consider them GM

mais nous ne les appelons pas OGM

because they're being produced by conventional breeding.

car elles sont produites conventionnellement.

If you mean, am I going to put resurrection plant genes into crops,

Si vous pensez : vais-je mettre des gènes de plantes résistantes dans ces cultures ?

your answer is yes.

La réponse est : oui.

Durant nos recherches, nous avons tenté cette approche ;

In the essence of time, we have tried that approach.

More appropriately, some of my collaborators at UCT,

plus exactement, mes collaborateurs à l'UCT,

Jennifer Thomson, Suhail Rafudeen, ont été à l'origine de cette démarche

Jennifer Thomson, Suhail Rafudeen,

have spearheaded that approach

and I'm going to show you some data soon.

et je vais vous montrer quelques résultats bientôt.

But we're about to embark upon an extremely ambitious approach,

Mais nous allons sommes sur le point d'entamer une démarche très ambitieuse,

in which we aim to turn on whole suites of genes

dans laquelle nous essayerons d'activer une série de gènes,

that are already present in every crop.

qui sont déjà présents dans chaque plante

They're just never turned on under extreme drought conditions.

mais qui ne sont pas activés durant les sécheresses extrêmes.

I leave it up to you to decide

Je vous laisse décider

whether those should be called GM or not.

s'il faudrait les qualifier d'OGM ou pas.

I'm going to now just give you some of the data from that first approach.

Je vais vous donner quelques données issues de la première étude.

Pour ce faire,

And in order to do that

je dois un peu vous expliquer comment fonctionne un gène.

I have to explain a little bit about how genes work.

So you probably all know

Vous savez sûrement que les gènes sont fait d'ADN à doubles brins,

that genes are made of double-stranded DNA.

It's wound very tightly into chromosomes

enroulés serrés, ils forment les chromosomes

that are present in every cell of your body or in a plant's body.

qui sont présents dans toutes les cellules du corps humain ou végétal.

If you unwind that DNA, you get genes.

Si vous déroulez l'ADN, vous avez les gènes.

And each gene has a promoter,

Chaque gène a un promoteur, sorte d'interrupteur ON-OFF,

which is just an on-off switch,

the gene coding region,

une partie codante du gène,

and then a terminator,

et un terminateur qui indique la fin d'un gène et le début du suivant.

which indicates that this is the end of this gene, the next gene will start.

Now, promoters are not simple on-off switches.

Mais les promoteurs ne sont pas de simples interrupteurs,

They normally require a lot of fine-tuning,

ils nécessitent un réglage fin,

lots of things to be present and correct before that gene is switched on.

beaucoup d'éléments doivent être présents et validés avant d'activer le gène.

So what's typically done in biotech studies

Donc ce qui se fait généralement en biotechnologie,

is that we use an inducible promoter,

c'est qu'on utilise des promoteurs déclenchables, qu'on sait comment activer.

we know how to switch it on.

We couple that to genes of interest

On les associe au gène qui nous intéresse

and put that into a plant and see how the plant responds.

puis on les met dans une plante et on observe sa réponse.

Dans l'étude dont je vais vous parler,

In the study that I'm going to talk to you about,

my collaborators used a drought-induced promoter,

mes collaborateurs ont utilisé un promoteur déclenché par la sécheresse

which we discovered in a resurrection plant.

découvert chez une plante de résurrection.

The nice thing about this promoter is that we do nothing.

C'est un promoteur sympa car nous n'avons rien à faire.

The plant itself senses drought.

La plante elle-même reconnaît la sécheresse,

And we've used it to drive antioxidant genes from resurrection plants.

On l'a utilisée afin d'activer les gènes antioxydants des plantes de résurrection.

Why antioxidant genes?

Pourquoi les gènes antioxydants ?

Well, all stresses, particularly drought stress,

Tous les types de stress, en particulier la sécheresse,

results in the formation of free radicals,

provoque la formation de radicaux libres ou espèces oxygénées réactives

or reactive oxygen species,

which are highly damaging and can cause crop death.

qui endommagent et peuvent tuer la plante.

What antioxidants do is stop that damage.

Les antioxydants stoppent la détérioration.

So here's some data from a maize strain that's very popularly used in Africa.

Donc, voici des données sur une souche de maïs très utilisée en Afrique.

To the left of the arrow are plants without the genes,

A gauche de la flèche sont les plantes sans ces gènes ;

to the right --

à droite, les pantes avec les gènes antioxydants.

plants with the antioxidant genes.

After three weeks without watering,

Après 3 semaines sans irrigation,

the ones with the genes do a hell of a lot better.

celles avec les gènes se portent beaucoup mieux.

Now to the final approach.

A propos de la dernière étude :

My research has shown that there's considerable similarity

mes recherches ont démontré une similarité considérable

in the mechanisms of desiccation tolerance in seeds and resurrection plants.

entre le mécanisme de tolérance au dessèchement

des graines et des plantes de résurrection.

Alors je me suis posé la question : utilisent-elles les mêmes gènes ?

So I ask the question,

are they using the same genes?

Or slightly differently phrased,

Posée différemment :

are resurrection plants using genes evolved in seed desiccation tolerance

les plantes résistantes utilisent-elles des gènes

dérivés de ceux des graines résistantes dans leurs racines et feuilles ?

in their roots and leaves?

Have they retasked these seed genes

Ont-ils reconfiguré ces gènes

in roots and leaves of resurrection plants?

dans les racines et les feuilles des plantes de résurrection ?

And I answer that question,

Et je réponds à cette question,

as a consequence of a lot of research from my group

après de nombreuses recherches de mon équipe

et de récentes collaborations avec un groupe de Henk Hillhorst aux Pays-Bas,

and recent collaborations from a group of Henk Hilhorst in the Netherlands,

Mel Oliver in the United States

Mel Oliver aux États-Unis

and Julia Buitink in France.

et Julia Buintink en France.

The answer is yes,

La réponse est : oui.

that there is a core set of genes that are involved in both.

Il y a un ensemble de gènes impliqués dans les deux cas

And I'm going to illustrate this very crudely for maize,

et je vais grossièrement l'illustrer dans le cas du maïs.

where the chromosomes below the off switch

Les chromosomes en dessous de l’interrupteur

represent all the genes that are required for desiccation tolerance.

représentent tous les gènes nécessaires à la tolérance à la sécheresse.

So as maize seeds dried out at the end of their period of development,

Lorsque les grains de maïs sèchent à la fin de leur cycle de vie,

they switch these genes on.

ils activent ces gènes.

Resurrection plants switch on the same genes

Les plantes de résurrection activent les mêmes gènes lorsqu'elles se dessèchent.

when they dry out.

All modern crops, therefore,

Donc toutes les cultures actuelles ont ces gènes dans leurs racines et feuilles,

have these genes in their roots and leaves,

they just never switch them on.

mais elles ne les ont jamais activés.

They only switch them on in seed tissues.

Elles ne les ont activés que dans leurs graines.

So what we're trying to do right now

Ce que nous essayons de faire,

c'est comprendre les signaux cellulaires et environnementaux

is to understand the environmental and cellular signals

that switch on these genes in resurrection plants,

qui activent ces gènes dans les plantes de résurrection

to mimic the process in crops.

afin d'imiter ce processus dans les cultures.

And just a final thought.

Une dernière remarque :

What we're trying to do very rapidly

ce que nous essayons de faire en peu de temps

is to repeat what nature did in the evolution of resurrection plants

est d'imiter ce qu'a fait la nature dans l'évolution des plantes de résurrection,

some 10 to 40 million years ago.

il y a 10 à 40 millions d'années.

My plants and I thank you for your attention.

Mes plantes et moi vous remercions pour votre attention.

(Applause)

(Applaudissements)